随着高铁运行速度提高,对其车辆关键部件提出了更高的技术要求,其中制动毂是高速列车制动装置的重要结构之一,其性能直接影响高铁制动稳定性。大量相关文献报道,对于制动系统安全性研究仅集中在制动时的力学理论分析,指导制动时制动盘毂强度校核及设计,但由于忽略了长期运行时的制动毂力学行为理论研究,导致无法揭示目前制动毂早期失效机理。制动毂工作状态包括制动时和运行时,如果要系统地揭示其力学行为,不仅要考虑制动时也必须考虑运行时,而目前运行时制动毂力学分析理论成果几乎未见报道,不能系统地指导其强度校核及设计,因此运行时力学理论是目前高铁制动毂损伤机理分析亟需解决的问题。本文针对高铁制动毂损伤问题进行了应力分析及机理研究为后续高铁修程修制的制定提供理论依据。具体研究工作如下:(1)运行状态下制动毂动力学解析模型研究及其齿根应力计算。以运行状态的制动毂为研究对象进行外载荷的受力分析,应用弹性力学理论完成制动毂动力学解析模型的建立,根据边界条件建立弹性小变形协调方程求解动力学模型中制动毂各齿受力及其内应力,得到运行状态下齿根主要处于动态拉应力状态。(2)运行状态下制动毂弹性有限元建模及其仿真研究。根据制动毂运行状态的特点,以旋转圆周的惯性力和路谱振动与冲击的惯性力为基础,完成制动毂的弹性有限元模型建立,以拖车车轴系统的制动毂为实例完成有限元仿真分析,其结果与解析法计算的应力状态一致,验证解析法假设条件和建模分析方法合理性。(3)制动毂早期疲劳损伤机理及服役寿命研究。根据解析法所得各齿应力谱利用雨流计数法完成统计处理,对各齿应力谱进行扩展推断以获得制动毂8级应力谱,进而结合P-S-N曲线、剩余强度模型完成制动毂损伤模型建立,揭示制动毂早期疲劳损伤机理并预估疲劳寿命,为后续其强度校核设计作为理论依据参考。(4)制动毂早期疲劳损伤机理的验证试验研究。针对制动毂安装及其损伤特点提出利用声发射技术检测方法,其试验系统包括激励加载系统与测试系统设计,根据解析法计算的制动毂应力状态设定加载方式和确定加载范围,利用PAC声发射检测系统完成不同加载值下声发射表征参数的分析,试验结果表明,对有早期损伤的制动毂进行试验,当激励加载系统能够产生解析法所计算的动态应力时,有损伤声发射信号产生,进而验证解析计算方法及损伤分析机理的正确性。